Superconductividad pulsada a temperatura ambiente inducida por láseres

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En el año 2011 se publicó en Science que pulsos electromagnéticos en el régimen de los femtosegundos puede inducir la superconductividad pulsada en un material (La1.675Eu0.2Sr0.125CuO4). Hoy se publica en Nature que también se puede inducir la superconductividad pulsada a temperatura ambiente (300 K) en YBa2Cu3O6+x. Por supuesto, que nadie se emocione, el estado superconductor es transitorio y dura pocos picosegundos; hablar de temperatura ambiente en este contexto es muy diferente a lo que uno suele tener en mente cuando se habla de superconductividad a temperatura ambiente.

Pocas aplicaciones prácticas tiene el nuevo resultado, cuyo interés está en la investigación básica en superconductividad. Se espera que nos ayude a entender la superconductividad en cupratos y que quizás aporte información relevante para desvelar las leyes que rigen sus asombrosas propiedades. El artículo técnico es R. Mankowsky et al., “Nonlinear lattice dynamics as a basis for enhanced superconductivity in YBa2Cu3O6.5,” Nature 516: 71-73, 04 Dec 2014; arXiv:1405.2266 [cond-mat.supr-con]; el artículo de 2011 es D. Fausti et al., “Light-Induced Superconductivity in a Stripe-Ordered Cuprate,” Science 331: 189-191, 14 Jan 2011. Más información divulgativa (no me gusta el titular que puede llevar a malos entendidos) en “Superconductivity without cooling,” MPG, 03 Dec 2014.

Dibujo20141204 Structure of YBa2Cu3O6p5 - nature13875-f2

En este trabajo se usan pulsos de ~300 fs de duración con frecuencias en la escala de los terahercios. Estos pulsos ópticos de terahercios pueden excitar por resonancia los modos vibratorios en el sólido y deformar su estructura cristalina. El cuprato YBa2Cu3O6+x tiene una temperatura de transición de 52 K. El nuevo trabajo de Roman Mankowsky (Instituto Max Planck para el estudio de la Estructura y Dinámica de la Materia, Hamburgo, Alemania) y sus colegas ha logrado que este cuprato se comporte como si perdiera su resistencia eléctrica a 300 K durante unos picosegundos (millonésimas de millonésima de segundo).

La estructura cristalina del cuprato YBaCuO (ilustrada en esta figura) está formada por bicapas delgadas del ión cuprato, CuO2, entre las que se encuentran bicapas más gruesas que contienen átomos de Ba junto al ión cuprato. Los pulsos ópticos excitan una resonancia de los átomos de oxígeno que se encuentran en la bicapa intermedia (la que contiene Ba) entre dos capas del ión cuprato. Gracias a estos átomos de oxígeno excitados la temperatura crítica para la superconductividad del YBaCuO crece. Al menos así lo sugieren las simulaciones por ordenador mediante la teoría del funcional densidad funcional (DFT). Estos átomos de

Dibujo20141204 Time-dependent diffracted peak intensity for four Bragg reflections - nature13875-f4

La superconductividad tiene su origen en el acoplo de pares de electrones gracias a los fonones (las vibraciones de la red cristalina). El nuevo resultado experimental usa la fonónica no lineal (las vibraciones anarmónicas de la red cristalina) que se pueden excitar mediante pulsos electromagnéticos. Todavía no está claro si este tipo de resultados ayudará a entender la física de la superconductividad a alta temperatura en cupratos. Quizás sólo se trate de resultados curiosos, relacionados con una física no lineal de los fonones, física no está implicada en la superconductividad no pulsada de los cupratos. Aún así conviene recordar que en ciencia, muchas veces, explorar un sistema con nuevos ojos permite desvelar fenómenos muy relevantes.


4 Comentarios

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Ion ErreaIon Errea

Interesante artículo. Mencionas que la superconductividad en YBaCuO está mediada por los fonones. Que yo sepa esto se cree que no es así, si no que el mecanismo de acoplamiento es desconocido. El rol de los fonones no se sabe cuál es, y mucha gente piensa que las fluctuaciones de espín juegan un rol muy importante. Sin embargo, si los resultados son los que mencionas, la interacción electrón-fonón ha de ser fuerte. Tengo curiosidad por cómo han hecho los cálculos en un sistema tan correlacionado. Has despertado mi interés y voy a leerme el artículo en detalle. Saludos.

DavidDavid

Este campo es apasionante, intrigado me hallo con las posibles aplicaciones futuras que podría tener si se desarrollase lo suficiente. Había escuchado de experimentos en los que se inducía un frío extremo en materiales del orden de picokelvin usando láseres para que sus átomos estén “quietecitos” http://science.portalhispanos.com/wo...o-conocido/, no sé si tendrá que ver con el artículo o no, lo digo para salir de dudas.

Saludos

Francisco R. Villatoro

David, no tiene nada que ver. Pero el campo del ultrafrío (enfriar por debajo del nanokelvin) es un campo muy activo de investigación. Las técnicas de enfriamiento por láser recibieron el premio Nobel de física en 1997 (Chu, Cohen-Tannoudji y Phillips) y el récord de 100 pK se consiguió por primera vez en 1999.

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